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KR102064245B1 - 복합 토크 튜브 단부 피팅 부착 방법 - Google Patents

복합 토크 튜브 단부 피팅 부착 방법 Download PDF

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Publication number
KR102064245B1
KR102064245B1 KR1020187018209A KR20187018209A KR102064245B1 KR 102064245 B1 KR102064245 B1 KR 102064245B1 KR 1020187018209 A KR1020187018209 A KR 1020187018209A KR 20187018209 A KR20187018209 A KR 20187018209A KR 102064245 B1 KR102064245 B1 KR 102064245B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stem
end fitting
tube assembly
outer surfaces
mandrel
Prior art date
Application number
KR1020187018209A
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English (en)
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KR20180089451A (ko
Inventor
로웰 반 룬드 라르손
Original Assignee
무그 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 무그 인코포레이티드 filed Critical 무그 인코포레이티드
Publication of KR20180089451A publication Critical patent/KR20180089451A/ko
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Abstract

금속 단부 피팅에 연결된 복합 섬유 튜브를 갖는 복합 튜브 조립체를 제조하는 저가의 방법은, 적어도 하나의 단부 피팅을 맨드릴 상에 배치하는 단계 - 상기 단부 피팅은 복수의 외부 표면을 갖는 그립 영역을 포함함 -, 각각의 단부 피팅의 그립 영역 및 맨드릴 둘레에 섬유 토우를 랩핑하여 섬유-랩핑된 조립체를 형성하는 단계, 섬유 토우를 경화시키는 단계, 및 맨드릴을 제거하여 완성된 튜브 조립체를 산출하는 단계를 포함한다. 본 방법은 섬유 토우의 일부가 그립 영역 둘레에 랩핑된 후에 그립 영역 둘레에 복수의 압축 인서트를 위치시키는 단계, 및 압축 인서트와 그립 영역 둘레에 추가의 섬유 토우를 랩핑하는 단계를 포함할 수 있다. 압축 인서트는 압축 인서트 둘레에 권취된 튜브의 단부 부분이 둥근 외부 단면 형상을 갖도록 둥근 외부 표면을 가질 수 있다.

Description

복합 토크 튜브 단부 피팅 부착 방법
본 발명은 대체적으로 항공기 유틸리티(aircraft utility) 또는 비행 제어 구동 라인(flight control drive line)에, 또는 토크를 전달하기 위하여 토크 튜브를 필요로 하는 임의의 구동 라인에 사용되는 토크 튜브(때때로 토크 샤프트로 지칭됨)에 관한 것이다.
토크 튜브는 동력 전달 응용예에서 정적 및 동적 비틀림 하중을 전달한다. 예를 들어, 토크 튜브는 일반적으로 항공기에서 비행 제어 표면들, 예컨대 플랩(flap) 및 슬랫(slat)을 작동 및 제동하기 위한, 그리고 항공기 도어 래치를 작동하기 위한 동력 전달을 제공하는 데 사용된다. 토크 튜브의 각각의 단부에는 토크 튜브를 구동 라인 내의 다른 전달 기구에 기계적으로 커플링하도록 구성된 단부 피팅(end fitting)이 제공될 수 있다.
맨드릴(mandrel) 둘레에 탄소 섬유 토우(tow)를 권취함으로써 제조되는 소위 "복합(composite)" 토크 튜브는 항공기 산업에서 부분적으로 널리 사용되는데, 이는 그들이 금속 토크 튜브보다 가볍지만 여전히 중요한 강도 요건을 충족하기 때문이다. 복합 토크 튜브는 또한 개선된 휨 강성 및 비틀림 강성을 제공한다.
복합 토크 튜브의 제조 시 인정되는 과제는 금속 단부 피팅들을 복합 재료 튜브 부분에 부착하는 것을 수반한다. 복합 재료와 각각의 단부 피팅 사이의 접합부가 신뢰할 수 있고 하중 하에서 쉽게 파손되지 않도록 금속 단부 피팅들을 복합 튜브에 부착하는 것이 중요하다.
단부 피팅들을 복합 토크 튜브에 부착하기 위한 다양한 방식들이 제안되었다. 미국 특허 제7,335,108호(Lin 등)는 복합 튜브 및 복합 튜브의 각각의 단부에 포획된 한 쌍의 단부 피팅을 갖는 구동 샤프트 조립체를 설명한다. 조립체는 맨드릴 및 단부 피팅들 위에 미리함침된("프리프레그(prepreg)") 섬유 토우를 권취하고, 구성요소를 진공 백에 봉입하여 진공 백의 내부 공간을 소기시키고, 프리프레그 섬유 토우를 경화시키고, 진공 백 및 맨드릴을 제거함으로써 제조될 수 있다. 각각의 단부 피팅은 조립체의 중심 축을 중심으로 각방향으로(angularly) 이격된 반경방향 돌출 러그를 갖는 영역으로 이어지는 목부를 포함한다. 반경방향 돌출 러그를 갖는 영역은 복합 재료에 의해 포획되어 복합 튜브와 단부 피팅 사이에 축방향 및 비틀림 하중을 전달한다. 복합 재료는 단부 피팅의 러그 영역을 둘러싸는 비-원형 단면 프로파일을 갖는다.
미국 특허 제7,419,435호(Borges 등)는 금속 단부 피팅을 맨드릴 상에 장착하고 맨드릴 및 단부 피팅의 일부를 이어서 경화되는 복합 재료로 랩핑하여 형성된 복합 토크 튜브 조립체를 개시한다. 단부 피팅은 복합 재료와 단부 피팅 사이의 토크 전달을 개선하기 위해 단부 피팅의 중심 축으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 직경방향으로 대향하는 로브(lobe)의 하나 이상의 쌍을 특징으로 한다. 단부 피팅은 복합 재료로 형성된 튜브의 원통형 축방향 통로와 정렬된 원통형 축방향 통로를 포함하며, 여기서 튜브 통로의 직경은 단부 피팅 통로의 직경보다 더 크다. 따라서, 성형(forming) 맨드릴은 복합 튜브의 주 직경으로부터 단부 피팅의 더 작은 직경으로 전이하는 반경방향 단차부를 가져야 한다. 그 결과, 맨드릴은 경화 후에 조립체로부터 축방향으로 인출될 수 없으며, 대신에, 단부 피팅의 통로를 통해 용해 액체를 플러싱(flushing)함으로써 용해되어야 한다. 이러한 공정은 고가이며 단부 피팅 및 복합 재료에 유해하다.
미국 특허 제7,682,256호(Brace 등)는 복합 토크 튜브 조립체를 교시하고 있는데, 여기서 금속 단부 피팅에는 러그의 열(row)들 사이에 채널을 한정하도록 서로 이격된 복수의 반경방향 돌출 러그를 갖는 외부 커플링 영역이 제공된다. 채널은 복합 재료와 단부 피팅 사이의 토크 전달을 향상시키기 위해 권취된 복합 재료를 직접 수용하는 의도된 섬유 랩 각도로 연장되도록 배열된다. 러그는 급격한 전이부 및/또는 날카로운 에지를 가지며, 이들은 복합 재료가 단부 피팅과 인터페이싱하는 곳에서 복합 재료를 열화시킬 수 있다. 더욱이, 토크 전달은 러그들 사이에 매우 불균일하게 분포되어 있으며, 이때 각각의 열 내의 선행 러그가 전달된 힘의 대부분을 수용한다. 그 결과, 토크 튜브 조립체는 감소된 서비스 수명을 갖기가 쉽다.
미국 특허 제7,874,925호(Dewhirst)는 내부 스플라인형 단부 피팅을 경화된 복합 튜브의 단부 영역 상에 가압함으로써 토크 튜브 조립체를 제조하는 방법을 기재하고 있다. 복합 튜브의 단부 영역은 내부 스플라인형 단부 피팅과의 경미한 간섭 끼워맞춤을 제공하기 위해 사전결정된 직경으로 정밀 기계가공되어야 한다. 접합을 향상시키기 위해 단부 피팅을 복합 튜브 상에 가압할 경우에 접착제가 도입된다. 이 공정은 고가이며 수용가능한 최종 제품을 산출하는 데 상당한 작업자 기술이 요구된다.
미국 특허 제8,025,580호(Genot 등)는 복합 튜브의 일부분 둘레에 고정식으로 배열된 금속 피팅을 갖는 복합 토크 튜브 조립체를 개시한다. 금속 피팅은, 금속 피팅의 영역에서 복합 튜브의 상보적인 외부 표면 프로파일과 정합하는 비-원형 내부 표면 프로파일을 갖는다. 금속 피팅으로 둘러싸인 복합 튜브의 부분은, 피팅 내부에 섬유 프리폼(fibrous preform)을 제공하고 에폭시 수지와 같은 플라스틱을 섬유 프리폼 내로 주입하여 매트릭스를 형성함으로써 금속 피팅 내부에서 직접 제조된다. 제조 방법은 맨드릴 위에 경화되지 않은 프리프레그 섬유 토우를 권취하는 것을 수반하지 않는다.
공지된 합성 토크 튜브 조립체들보다 제조하기에 더 경제적이지만 명시된 성능 요건을 충족시키는 복합 토크 튜브 조립체가 필요하다.
본 발명은 금속 단부 피팅에 연결된 복합 섬유 튜브를 갖는 복합 튜브 조립체를 제조하는 저비용의 방법을 제공하며, 여기서 생성된 튜브 조립체는 여전히 성능 사양을 충족시킨다.
본 발명의 제1 실시예에서, 방법은 대체적으로 적어도 하나의 단부 피팅을 맨드릴 상에 배치하는 단계를 포함하며, 이 단부 피팅은 축방향으로 신장된 스템, 스템의 원위 단부에 있는 전달 커플링, 및 맨드릴의 단부 부분을 수용하기 위해 전달 커플링과 스템을 관통하는 통로를 포함하고, 여기서 스템은 복수의 외부 표면을 갖는 그립 영역을 포함한다. 방법은, 추가로, 각각의 단부 피팅의 그립 영역 둘레에 그리고 맨드릴 둘레에 섬유 토우를 랩핑하여 섬유-랩핑된 조립체를 형성하는 단계, 섬유 토우를 경화시키는 단계, 및 맨드릴을 제거하여 완성된 튜브 조립체를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에서, 상기에 요약된 방법은, 추가로, 섬유 토우의 일부가 그립 영역 둘레에 랩핑된 후에 각각의 단부 피팅의 그립 영역 둘레에 복수의 압축 인서트를 위치시키는 단계, 및 압축 인서트와 그립 영역 둘레에 추가의 섬유 토우를 랩핑하는 단계를 포함한다. 압축 인서트는 압축 인서트 둘레에 권취된 튜브의 단부 부분이 둥근 외부 단면 형상을 갖도록 둥근 외부 표면을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명의 방법 실시예에 의해 제조된 복합 튜브 조립체를 포함한다.
본 발명의 작동 모드 및 특성이 이제, 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 하기의 상세한 설명에서 더 완전하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브 조립체의 하나의 단부 부분을 도시하는 종단면도이며, 토크 튜브 조립체는 성형 맨드릴 상에 도시된다.
도 2는 도 1에 도시된 복합 토크 튜브 조립체의 단부 피팅을 보여주는 사시도이다.
도 3은 대체로 도 1의 선 3-3을 따라 취한 횡단면도이다.
도 4는 대체로 도 1의 선 4-4를 따라 취한 다른 횡단면도이다.
도 5는 볼록한 외부 표면을 갖는 단부 피팅의 그립 부분의 대안적인 구성을 예시하는, 도 3의 것과 유사한 도면이다.
도 6은 단부 피팅의 그립 부분의 외부 표면이 단부 피팅의 목부 영역에 대해 리세스(recess)된 단부 피팅의 대안적인 구성을 예시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성되고 도 6에 도시된 대안적인 단부 피팅을 포함하는 복합 토크 튜브 조립체를 예시하는 종단면도이다.
도 8은 도 3의 것과 유사하지만, 압축 인서트를 특징으로 하는 본 발명의 제2 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브 조립체를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 복합 토크 튜브 조립체의 압축 인서트를 보여주는 사시도이다.
도 10은 오목한 외부 표면을 갖는 단부 피팅의 그립 부분의 대안적인 구성을 예시하는, 도 8의 것과 유사한 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 복합 토크 튜브 조립체의 압축 인서트를 보여주는 사시도이다.
도 12는 제1 실시예의 복합 토크 튜브 조립체를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 13은 제2 실시예의 복합 토크 튜브 조립체를 제조하기 위해 도 10에 예시된 방법을 수정하는 데 이용할 수 있는 대안적인 방법 단계들을 예시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브 조립체(10)의 단부 부분을 도시한다. 복합 토크 튜브 조립체(10)는 대체적으로, 권취된 섬유 강화 복합 재료로 형성된 튜브(12), 및 권취된 복합 재료에 의해 보유되는 적어도 하나의 금속 단부 피팅(14)을 포함한다. 토크 튜브 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 단부 피팅(도시되지 않음)이 복합 토크 튜브 조립체(10)의 반대편 단부에 제공될 수 있다. 도 1의 도면에서, 성형 맨드릴(M) 및 토크 튜브 조립체(10)의 종축(A)이 또한 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 추가로 참조한다. 단부 피팅(14)은 축방향으로 신장된 스템(16), 스템(16)의 원위 단부에 있는 전달 커플링(18), 및 스템(16)과 전달 커플링(18)을 통해 축방향으로 연장되는 내부 통로(20)를 포함한다. 스템(16)은 각각 한 쌍의 코너 에지(26)에 의해 경계지어지는 복수의 편평한 외부 표면(24)을 한정하는 다각형 외부 단면 형상을 갖는 그립 영역(22)을 포함한다. 복합 튜브(12)의 단부 부분은 스템(16)의 그립 영역(22) 둘레에 권취되어 있다. 이해되는 바와 같이, 전달 커플링(18)은 적용가능한 구동 시스템에서의 정합 요소의 구성에 의해 지시되는 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 커플링(18)은 볼트 구멍 어레이, 유니버셜 조인트 트러니언, 내부 또는 외부 스플라인, 또는 일부 다른 커플링 요소를 갖는 플랜지일 수 있다.
도면에서, 그립 영역(22)의 외부 단면 형상은 예를 들어 정육각형으로서 도시되어 있다. 그러나, 대안적인 다각형 형상들이 사용될 수 있다. 그립 영역(22)의 다각형 형상은 불규칙한 다각형 및/또는 육각형 이외의 다각형일 수 있다.
스템(16)은 또한 그립 영역(22)과 전달 커플링(18) 사이에 목부 영역(28)을 포함할 수 있다. 목부 영역(28)은 원형의 외부 단면 형상을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브(12)의 단부 부분은 스템(16)의 목부 영역(28)과 그립 영역(22) 둘 모두의 둘레에 권취될 수 있으며, 튜브(12)의 단부 부분은 전달 커플링(18)과 맞닿아 있을 수 있다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 튜브(12)는 단부 피팅(14)으로부터 멀리 축방향으로 연장됨에 따라 복합 재료의 원통형 튜브 내로 전이한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 도 4에 도시된 영역에서, 튜브(12)는 맨드릴(M)의 외경에 의해 결정되는 내경(13)을 가질 수 있다.
그립 영역(22)의 외부 표면(24)은 편평한 표면 이외의 것일 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 제1 실시예의 변형예에서, 그립 영역(22)의 외부 표면은 볼록한 만곡 표면(24')일 수 있다. 그러한 변형예는 편평한 외부 표면(24)을 갖는 그립 영역과 비교하여 코너 에지(26)에 권취되는 복합 섬유에 가해지는 응력을 감소시키는 데 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 단부 피팅(14)의 목부 영역(28)은 단부 피팅의 외부 표면(24)에 대해 리세스되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 목부 영역(28)의 직경은, 경우에 따라, 코너 에지들(26) 중 하나로부터 축(A)을 통해 그립 영역의 반대편 코너 에지(26) 또는 표면(24)까지 측정된 그립 영역의 횡방향 치수보다 작다. 그러나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 표면(24)이 목부 영역(28)에 대해 리세스되어 있는 수정된 단부 피팅(14')이 사용될 수도 있다. 이러한 수정예에서, 스템(16)은 외부 표면들(24)을 전달 커플링(18)으로부터 연장되는 단부 피팅(14')의 신장된 원통형 부분의 외부 표면 내로 밀링함으로써 형성될 수 있다.
이제, 제1 실시예의 토크 튜브 조립체(10)를 제조하는 방법을 도 12를 참조하여 설명한다. 제1 단계(100)는 원통형 맨드릴(M)의 대향 단부들 상에 한 쌍의 단부 피팅(14)을 배치시키는 것이다. 맨드릴(M)은 튜브(12)의 섬유 강화 복합 재료가 추후의 경화 단계(후술됨) 이후에 맨드릴로부터 분리되도록 하기 위해 이형제와 함께 준비된 금형 이형(mold release) 맨드릴일 수 있다. 각각의 단부 피팅(14)의 내부 통로(20)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 맨드릴(M)의 외부 표면과 미끄럼 끼워맞춤되도록 크기가 정해질 수 있다. 맨드릴(M)로부터 단부 피팅(14)으로의 섬유 전이를 원활하게 하기 위해, 플로킹(flock)된 면섬유, 밀링된 섬유, 또는 수지와 혼합된 촙핑(chop)된 섬유와 같은 섬유 충전제 혼합물이 단부 피팅(14)에 적용될 수 있다.
일단 단부 피팅(14)이 맨드릴(M)의 대향 단부들에서 제 위치에 있으면, 다음 단계(110)는 각각의 단부 피팅(14)의 스템(16) 둘레에 그리고 맨드릴(M) 둘레에 섬유 토우를 랩핑하여 섬유-랩핑된 조립체를 형성하는 것이다. 섬유 토우는 "프리프레그" 섬유 토우일 수 있는데, 이는 섬유로 미리함침되고 경화의 B 스테이지까지 부분적으로 경화되어, 경화되지 않은 "습식" 레이업(layup) 재료에 비해 두껍고 다소 점착성인 복합 섬유 토우 재료를 제공하는 열경화성 수지 매트릭스이다. 섬유는, 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 및/또는 세라믹 섬유를 포함할 수 있다. 열경화성 수지는 수지 분자의 가교 결합이 수지를 안정한 고체로 전환시키는 비가역적 화학 반응을 겪음으로써 상승된 온도에서 완전히 경화되고(C 스테이지), 이에 의해 경화는 랩핑된 섬유 토우를 고체 구조 복합 재료로 변형시킨다.
섬유 토우의 랩핑은, 섬유 토우가 회전 조립체에 의해 감아올려짐에 따라 사전결정된 권취 패턴을 달성하도록 회전 조립체에 섬유 토우를 이송하기 위해 섬유 토우 피더가 축방향으로 전후로 왕복이동되는 동안 선반의 방식으로 맨드릴(M)과 단부 피팅(14)을 그들의 공통 종축(A)을 중심으로 회전시키도록 작동되는 종래의 공작 기계(machine tool)를 사용하여 수행될 수 있다. 섬유 토우 랩핑 단계(110)가 완료되면, 맨드릴(M), 단부 피팅(14), 및 랩핑된 섬유 토우 재료를 포함하는 섬유-랩핑된 조립체가 형성된다. 프리프레그 섬유 토우가 사용되는 경우, 랩핑된 섬유 토우 재료는 부분적으로 경화된(B 스테이지) 상태에 있다.
다음 단계(120)는 섬유 토우 재료가 오븐 또는 오토클레이브(autoclave)에서 경화될 수 있도록 섬유-랩핑된 조립체를 준비하는 것이다. 준비하는 단계(120)는 섬유-랩핑된 조립체를 수축-랩(shrink-wrap) 테이프로 수축-랩핑하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조립체는 휘발성 물질 및 트랩(trap)된 공기를 제거하기 위해 진공 포장될 수 있다.
일단 섬유-랩핑된 조립체가 전술된 바와 같이 준비되면, 섬유 토우 재료는 복합물 기술 분야에서 공지된 바와 같이 오븐 또는 오토클레이브에 조립체를 배치시킴으로써 상승된 온도에서 경화된다. 경화 프로토콜은 토크 튜브 조립체(10)의 크기 및 구성, 및 사용되는 섬유 토우의 유형에 따라 달라질 것이다. 경화하는 단계는 도 12의 블록(130)에 나타나 있다.
섬유 토우 재료가 완전히 경화된 후에, 조립체는 오븐 또는 오토클레이브로부터 제거되고, 수축 랩핑 또는 진공 백이 단계(140)에서 제거된다.
마지막으로, 맨드릴(M)이 조립체로부터 축방향으로 미끄러짐으로써 단계(150)에서 인출된다. 나머지 구조물은 완성된 형태의 토크 튜브 조립체(10)를 포함한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브 조립체(50)의 단면도이다. 토크 튜브 조립체(50)는, 조립체(50)가 복수의 외부 편평부(24)의 각각과 각자 결합된 복수의 압축 인서트(32)를 추가로 포함하고 튜브(12)의 단부 부분이 압축 인서트(32) 둘레에 권취되는 것을 제외하고는, 제1 실시예의 토크 튜브 조립체(10)와 동일하다. 압축 인서트(32)는 섬유 강화 복합 재료의 반경방향 내부 권취부(winding)(12A)와 섬유 강화 복합 재료의 반경방향 외부 권취부(12B) 사이에 안착될 수 있다.
도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압축 인서트(32)는 각자의 외부 편평부(24)를 향해 대면하도록 배열된 평면형 기부(34) 및 평면형 기부(34)에 반대편인 둥근 표면(36)을 포함하는 원호 형상을 가질 수 있으며, 이에 의해 외부 권취부(12B)를 구성하는 복합 튜브의 단부 부분이 날카로운 에지를 회피하는 둥근(즉, 원형 또는 타원형) 외부 단면 형상을 갖게 된다. 압축 인서트(32)는 스테인리스 강, 세라믹 또는 플라스틱과 같은, 압축 하중을 견디기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 프라이머 코팅(primer coating)이 압축 인서트(32)에 적용되어, 그들이 섬유 강화 복합 재료에 사용되는 에폭시 수지에 보다 잘 접착되도록 할 수 있다. 압축 인서트(32)는 복합 섬유 재료가 금속 단부 피팅(14)을 파지하도록 돕고, 이에 의해 복합 튜브(12)와 단부 피팅(14) 사이의 토크 전달을 향상시킨다.
전술된 제1 실시예에서와 같이, 그립 영역(22)의 외부 표면(24)은 편평한 표면 이외의 것일 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 제2 실시예의 변형예에서, 그립 영역(22)의 외부 표면은 오목한 만곡 표면(24")일 수 있다. 이러한 경우에, 오목한 외부 표면(24")에 상보적인 볼록한 만곡 기부(34')를 갖는 수정된 압축 인서트(32')가 사용될 수 있다. 그러한 변형예는 압축 인서트의 적절한 위치 및 안착을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다.
제2 실시예의 토크 튜브 조립체(50)를 제조하는 방법은, 섬유 토우 랩핑 단계(110)가 도 13에 도시된 바와 같은 단계들의 시퀀스(110')로 대체되어 압축 인서트(32)가 추가될 수 있게 하는 것을 제외하고는, 제1 실시예의 토크 튜브 조립체(10)를 제조하기 위한 전술된 방법과 동일하다. 시퀀스(110')에서, 각각의 단부 피팅(14)의 스템(16) 둘레에 그리고 맨드릴(M) 둘레에 섬유 토우를 랩핑하는 것은 단계(112)에서 시작되고 이어서 단계(114)에서 일시 정지된다. 다음으로, 단계(116)에서, 압축 인서트(32)가 각각의 단부 피팅(14)의 그립 영역(22) 둘레에 배치된다. 시퀀스(110')는 단계(118)로 진행하고, 여기서 단부 피팅 스템(16)과 맨드릴(M) 둘레의 섬유 토우의 랩핑이 완료된다. 이어서, 방법은 도 12에 도시되고 전술된 단계들(120 내지 150)로 이어져서 제2 실시예의 완성된 토크 튜브 조립체(50)를 산출한다.
본 발명은, 일단 맨드릴이 제거되면 오토클레이브 또는 오븐에서의 단일 경화 단계가 완성된 제품을 생산하는, 복합 섬유 튜브 상에 금속 단부 피팅을 부착하는 저가의 방법을 제공한다. 본 발명에 따라 형성된 토크 튜브 조립체는 현재의 복합 토크 튜브에 적용가능한 명시된 요건 모두 - 중량, 강도 및 크기 엔빌로프(envelope) 요건을 포함함 - 를 충족하지만, 공지된 방법에 따라 제조된 복합 토크 튜브보다 제조 비용이 저렴하다.
본 발명은 토크 튜브 이상의 유용성을 가지며, 압축 및 인장 로드 조립체의 제조에 적용가능하다.
본 발명이 예시적인 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 상세한 설명은 본 발명의 범주를 기재된 특정 형태들로 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있는 바와 같은 기술된 실시예의 그러한 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 복합 튜브 조립체를 제조하는 방법으로서,
    적어도 하나의 단부 피팅을 맨드릴(mandrel) 상에 배치하는 단계 - 상기 단부 피팅은 축방향으로 신장된 스템, 상기 스템의 원위 단부에 있는 전달 커플링, 및 상기 맨드릴의 단부 부분을 수용하기 위해 상기 전달 커플링과 상기 스템을 관통하는 통로를 포함하고, 상기 스템은 상기 스템의 축을 중심으로 배열된 복수의 외부 표면을 갖는 그립 영역을 포함함 -;
    상기 적어도 하나의 단부 피팅의 상기 그립 영역 둘레에 그리고 상기 맨드릴 둘레에 섬유 토우(tow)를 랩핑하여 섬유-랩핑된 조립체를 형성하는 단계;
    상기 섬유 토우의 일부가 상기 그립 영역 둘레에 랩핑된 후에 상기 적어도 하나의 단부 피팅의 상기 그립 영역 둘레에 복수의 압축 인서트를 위치시키는 단계 - 상기 압축 인서트는 상기 복수의 외부 표면 중 각자의 외부 표면에 대면하는 평면형 기부 및 상기 평면형 기부 반대편의 둥근 표면을 포함하는 원호 형상을 가지거나, 또는 상기 압축 인서트는 복수의 외부 표면 중 각자의 외부 표면에 대면하는 볼록한 기부 및 상기 볼록한 기부 반대편의 둥근 표면을 가짐 -;
    상기 압축 인서트와 상기 그립 영역 둘레에 추가의 섬유 토우를 랩핑하는 단계 - 상기 압축 인서트 둘레에 랩핑된 섬유 토우는 둥근 외부 단면 형상을 가짐-;
    상기 섬유 토우를 경화시키는 단계; 및
    상기 맨드릴을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 스템은 상기 그립 영역과 상기 전달 커플링 사이에 목부 영역을 추가로 포함하고, 상기 목부 영역은 원형의 외부 단면 형상을 가지며, 상기 방법은 상기 섬유 토우가 상기 전달 커플링과 맞닿도록 상기 적어도 하나의 단부 피팅의 목부 영역 둘레에 상기 섬유 토우를 랩핑하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 편평한 표면인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 볼록한 만곡 표면인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 오목한 만곡 표면인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 섬유 토우는 프리프레그(prepreg) 섬유 토우인, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 맨드릴을 제거하는 단계는 상기 맨드릴을 상기 튜브 조립체로부터 축방향으로 인출하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 복합 튜브 조립체로서,
    권취된 섬유 강화 복합 재료로 형성된 튜브;
    스템 및 상기 스템의 원위 단부에 있는 전달 커플링을 포함하는 금속 단부 피팅; 및
    복수의 압축 인서트를 포함하고,
    상기 스템은 복수의 외부 표면을 갖는 그립 영역을 포함하고;
    상기 튜브의 단부 부분은 상기 스템의 상기 그립 영역 둘레에 권취되고,
    상기 복수의 압축 인서트는 상기 복수의 외부 표면 중 각자의 외부 표면과 결합되고,
    상기 복수의 압축 인서트는 상기 복수의 외부 표면 중 각자의 외부 표면에 대면하는 평면형 기부 및 상기 평면형 기부 반대편의 둥근 표면을 포함하는 원호 형상을 가지거나, 또는 복수의 외부 표면 중 각자의 외부 표면에 대면하는 볼록한 기부 및 상기 볼록한 기부 반대편의 둥근 표면을 갖고,
    상기 튜브의 단부 부분은 둥근 외부 단면 형상을 갖고 상기 압축 인서트 둘레에 권취되는, 복합 튜브 조립체.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 압축 인서트는 상기 섬유 강화 복합 재료의 반경방향 내부 권취부(winding)와 상기 섬유 강화 복합 재료의 반경방향 외부 권취부 사이에 위치되는, 복합 튜브 조립체.
  12. 제9항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 편평한 표면인, 복합 튜브 조립체.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 오목한 만곡 표면인, 복합 튜브 조립체.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서, 상기 스템은 상기 그립 영역과 상기 전달 커플링 사이에 목부 영역을 추가로 포함하고, 상기 목부 영역은 원형의 외부 단면 형상을 갖는, 복합 튜브 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 목부 영역은 상기 복수의 외부 표면에 대해 리세스(recess)된, 복합 튜브 조립체.
  18. 제16항에 있어서, 상기 복수의 외부 표면은 상기 목부 영역에 대해 리세스된, 복합 튜브 조립체.
  19. 제16항에 있어서, 상기 튜브의 단부 부분은 상기 스템의 상기 목부 영역 및 상기 그립 영역 둘레에 권취되는, 복합 튜브 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 튜브의 단부 부분은 상기 전달 커플링과 맞닿는, 복합 튜브 조립체.
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